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ISIMM© 2013/2014 Labs : Antennes et Lignes de transmission A. Hamdi - Page 1 sur 10 - Groupe : LA2STIC - AIDE - Introduction aux programmes de modélisation d'antennes EZNEC et Yagi Optimizer 1. Qu'est ce que modéliser? Modéliser, c'est évaluer les performances de quelque chose en construisant un modèle. Un modèle peut être physique comme par exemple la maquette d'un avion dans une soufflerie. Mais la modélisation d'antenne ne peut pas être comparée à ce genre de modélisation. La modélisation d'antenne fait appel à un modèle mathématique. C'est le cas des programmes de modélisation d'antennes NEC , EZNEC, NEC-WIN , MMANA, etc ... qui se basent tous sur le Numerical Electromagnetics Code NEC a été développé en 1970 en FORTRAN. NEC a été développé par le Lawrence Livermore National Laboratory pour le DoD (Departement of Defense) aux Etats-Unis. Tel quel ce "code" n'est pas utilisable, il faut l'inclure dans un programme qui va permettre d'introduire les données et récupérer les résultats. NEC a ainsi donné lieu à MININEC écrit en BASIC et actuellement à une série de programmes écrits dans le contexte de Windows, tels que EZNEC, NEC-Win , MMANA etc. Rappelons que ceci n'est pas un exposé sur les antennes, ni un cours sur les antennes mais un exposé sur la "modélisation des antennes". Il est fortement recommandé de faire précéder cet exposé par la lecture (ou la relecture) d'un bon livre sur les antennes tel que l' Antenna Book de l' ARRL ou Low-Band DXing de ON4UN (également publié par l' ARRL) ou l' Antennenbuch de Karl Rothammel Y21BK ou d'autres ouvrages sur les antennes … Néanmoins la modélisation d'antennes permettra de mieux comprendre comment elles fonctionnent. ISIMM© 2013/2014 Labs : Antennes et Lignes de transmission A. Hamdi - Page 2 sur 10 - Les résultats d'une modélisation sont d'autant plus proches de la réalité que le nombre de paramètres pris en compte est grand. Mais tout ceci demande du temps de calcul et des performances de la machine. Le code NEC est écrit, en tout premier lieu, pour obtenir le diagramme de rayonnement. NEC n'était pas fait pour calculer l'impédance (et donc le SWR), mais comme cet aspect est important et peut être facilement ajouté, on trouvera également cette spécification dans tous les programmes. La modélisation d'antennes va nous permettre de : • mieux comprendre le fonctionnement des antennes, • vérifier les articles parus dans les magazines et sur les sites, • trouver la meilleure antenne en fonction de certaines contraintes, • tester une antenne sans la construire, • construire une antenne dont on sera (à peu près) sûr des performances, • tracer les diagrammes nécessaires pour le dossier de protection de rayonnement, 2. Les composants de NEC NEC utilise 3 composants : • la géométrie de l'antenne grâce à laquelle on va définir les conducteurs qui compose l'antenne. Cette description se fait en donnant les coordonnées cartésiennes (selon les axes X, Y, Z) de l'antenne. Pour un simple dipôle il suffira de donner le début et la fin du dipôle pour décrire le dipôle, mais pour d'autres antennes, cette description peut être beaucoup plus longue c.-à-d. plus fastidieuse. • l'environnement de l'antenne, c'est-à-dire o comment elle est alimentée c.-à-d. où se trouve le générateur ("la source"), o sa constitution c.-à-d. le matériau dans laquelle elle est faite, o la fréquence sur laquelle elle va être utilisée, et, o le type de sol qui va influencer l'antenne pour ses réflexions par exemple. • les données pour le calcul : il faudra déclarer aussi quel type de diagramme de rayonnement on souhaite ISIMM© 2013/2014 Labs : Antennes et Lignes de transmission A. Hamdi - Page 3 sur 10 - 3. L'installation d'EZNEC Si vous downloader EZNEC du site www.eznec.com vous n'aurez pas de Patch Disk et l'utilisation est limitée à 20 segments. 4. Présentation Pour modéliser une antenne nous avons besoin des éléments suivants : la géométrie l'environnement les données pour le calcul 1. La géométrie Pour définir la géométrie de l'antenne, on dispose essentiellement des wires : sous ce terme on entend tous les conducteurs, pour un Dipôle ce sera un fil de cuivre ou un tube en fenêtre d’information boutons de sélection boutons d’actions barre des menus titre ISIMM© 2013/2014 Labs : Antennes et Lignes de transmission A. Hamdi - Page 4 sur 10 - aluminium, pour une verticale (comme la R8 de Cushcraft) ce sera un tube d'aluminium. Pour définir un fil (wire), EZNEC utilise un système de coordonnées cartésiennes (X, Y, Z). Pour définir un wire dans un tel système on devra donc définir le début (X1 , Y1 , Z1) et sa fin (X2 , Y2 , Z2). On se souviendra par ailleurs que la longueur du conducteur est égale à L = ((X1-X2)² + (Y1-Y2)² + (Z1-Z2)²)1/2. EZNEC n'utilise pas les mots "begin" et "end" pour définir un wire, mais End1 et End2. D'autre part, si on peut définir un dipôle par un seul fil par un seul couple de coordonnées (X1 , Y1 , Z1) et (X2 , Y2 , Z2), il faudra plusieurs couples de coordonnées pour définir une antenne plus complexe. Pour définir ces coordonnées, EZNEC utilise un tableau, que l'on obtient en cliquant sur wires. Dans cette fenêtre des wires, on distingue : le No du fil, c.-à-d. un numéro d'ordre (logique) les coordonnées d'une extrémité (End 1) et de l'autre extrémité (End 2) le diamètre du fil et le nombre de segments Si on se souvient de la théorie des antennes et des calculs théoriques du champ électrique ou magnétique, on se rappellera qu'il y a des "dl" (lisez "delta l") dans presque toutes les formules. Ces "dl" sont des éléments infiniment petits de longueurs de fil. Ici pour les calculs on divise le wire en segments (parfois aussi appelé "pulse"). Puis le programme va calculer les champs produits par chacun de ces "dl" et finalement le programme va faire la somme de tous ces champs. Il s'agit au fait de la "méthode des moments" sur laquelle s'appuie NEC. Plus on divise, plus on s'approche de la réalité. ISIMM© 2013/2014 Labs : Antennes et Lignes de transmission A. Hamdi - Page 5 sur 10 - Plus on prend de "dl", plus le calcul est long. On peut alors partir d'un petit nombre de "dl", et lorsqu'on aura obtenu le résultat souhaité, refaire la modélisation avec un grand nombre de "dl". La règle consiste à utiliser au moins 20 segments par lambda. Pour un dipôle par exemple, on a intérêt à prendre un nombre impair, de sorte que le générateur placé au milieu, "tombe au milieu d'un segment et soit au centre". Une autre règle est que la longueur d'un segment soit au moins égale à 4 x son diamètre. Un exemple : soit une verticale pour 80 m, qui mesure donc 20 m. Si cette antenne a un diamètre (à la base par exemple) de 80 mm , il faudra que les segments aient au moins une longueur de 4 x 80 = 320 mm. Ce qui veut dire qu'il est déconseillé de modéliser avec plus de 20.000 / 320 = 62 segments ! Les Connexions s'indiquent automatiquement, on voit donc ici que l'extrémité 2 du fil 1 est connecté à W2E1 c.-à-d. à l'extrémité 1 du fil 2 ... Other permet entre autre de Change Units où on peut définir des m , mm , feet , inches , ou en longueur d'onde (wavelengths). Remplir un tel tableau peut sembler difficile, dans ce cas commencez par un dessin sur une feuille de papier millimétré et à l'échelle. Sur votre dessin déterminez les coordonnées X, Y, Z., puis remplissez le tableau des wires. Avec un peu d'habitude, on verra qu'il est relativement simple de remplir un tel tableau pour un dipôle ou pour une yagi à 2 ou 3 éléments. Toutefois, en cas d'hésitation, n'hésitez pas à dessiner l'antenne sur du papier millimétré, re- faites donc le dessin mécanique précis , d'où vous obtiendrez les coordonnées. Selon le type d'antenne, il est parfois plus simple (c.-à-d. souhaitable) de trouver un axe de symétrie et de dessiner l'antenne selon cet axe. On peut mettre un dipôle au centre (point d'alimentation) et avoir la valeur de Y toujours à "0". Il en est de même pour une antenne yagi. Dans un cas comme dans l'autre on obtient des valeurs symétriques (+ et -) dans l'axe des X. On peut aussi tenir compte de la résistance des wires (Wires Losses) en définissant la matière : Cu , Al (le matériau proposé correspond à un aluminium que l'on trouve au Etats-Unis, il est valable pour l'aluminium que l'on trouve dans le commerce chez nous ...), mais on peut aussi introduire les caractéristiques d'un autre matériau ou ne pas tenir compte de pertes. 2. L'environnement Nous avons également besoin d'éléments sur l'environnement de l'antenne, entre autres. des sources : toute antenne est alimentée par une source RF. Pour la modélisation on placera donc uploads/Geographie/ presentation-de-eznec.pdf